本发明属于涂层制备技术领域，更具体地说，涉及一种非晶涂层、具有该涂层的基体及其制备工艺。
背景技术：
超音速火焰喷涂是一种新型热喷涂技术，其设备的核心为喷枪，喷枪由燃烧室(使喷涂材料粒子得到充分加热加速)、laval喷嘴(将焰流加速到超音速)和等截面长喷管(使喷涂材料粒子得到充分加热加速)三部分组成。其工作原理为：各种燃气进入燃烧室内与氧气混合后点燃，发生强烈的气相反应，燃烧放出的热能使气体剧烈膨胀，此膨胀气体流经laval喷嘴时受喷嘴的约束形成超音速高温焰流。此焰流能够加热加速喷涂材料至基体表面，速度高达300-500m/s，甚至更高，从而获得结合强度高、致密的高质量的涂层。
非晶合金是一种具有极高硬度的材料，这与其成分有着密切联系，一般可达1400hv；由于其微观结构是无序的，因此它具有高强度及良好的韧性及高耐磨性，延长了其疲劳寿命，被广泛应用于如涡轮、刀具等需耐磨材料的实际产生中。其次，由于非晶合金中无晶粒和晶界，从而不存在位错、层错等缺陷，且化学成分均匀。将其制备成涂层的形式可以使材料表面形成致密的钝化膜，使得材料拥有优异的防腐蚀性能。
由于超音速火焰喷涂技术具备较高的焰流速度和相对较低的焰流温度，能够抑制涂层的氧化，因此其用于制备非晶涂层时非晶相的含量较高。但是，现有的超音速火焰喷涂技术在制备非晶涂层时，一般用于一些喷涂面积较小的工件，涂层和基体的结合面积小，涂层结合相对较为简单。而如果需要在喷涂面积较大的基体上进行非晶涂层的制备时，由于喷涂面积较大，现有技术对这时的喷涂过程中非晶和晶态之间的转换和形成缺乏足够的研究，且涂层和基体的结合面积较大，涂层和基体之间的结合相对较为困难，在保证涂层和基体的结合强度的条件下，制备的大面积非晶涂层的非晶相含量往往较低，通常处于80％以下，而如果通过改变喷涂工艺参数和涂层成分来提高涂层的非晶相含量时，则大面积非晶涂层的结合会相对较为困难，很难制备成功。
如中国专利申请号为：cn201710827164.5，公开日为：2018年3月6日的专利文献，公开了一种低孔隙率和高非晶度的铝基非晶涂层及其制备装置和制备方法，属于非晶合金涂层技术领域。该发明采用铝基非晶合金成分体系(al-tm-re)，粉末粒径5-25μm，采用超音速火焰喷涂技术制备获得铝基非晶-纳米晶合金涂层，提高了喷涂过程中高速液流碰撞基板后的冷却速率，所获得的涂层兼具高耐磨、耐蚀的特性，非晶度超过85％，涂层厚度100μm-250μm、孔隙率≤0.5％、结合强度≥40mpa，同时在5000s内磨损量≤0.25mm3，涂层硬度≥350hv，并且在3.5wt.％nacl溶液中点蚀电位≥-0.3vsce，具有很强的抗局部腐蚀能力。
又如中国专利申请号为：cn201910540354.8，公开日为：2019年8月20日的专利文献，公开了一种超音速火焰喷涂系统及高质量铁基非晶涂层的制备方法，包括超音速火焰喷枪和风冷设备，风冷设备包括底座、冷却台和储存罐；冷却台为内部带有空腔的中空结构，冷却台上设置有多个与冷却台内部空腔相通的出风孔，储存罐通过进气管与冷却台的内部空腔连通，进气管上设置有电磁阀，冷却台上还设置有温度传感器，温度传感器用于监测喷涂温度；制备高质量铁基非晶涂层时，通过温度传感器实时监测喷涂过程中基板的温度，通过电磁阀控制冷却气体通入到冷却台内的流量，实现对喷涂过程中基板温度进行精确地调节，得到致密度以及非晶含量较高的非晶涂层，并且极大的提高了喷涂效率，可以有效的制备出高质量的铁基非晶涂层。
上述两种方案均是通过超音速火焰喷涂技术进行高非晶相含量的涂层的制备，但是其基体均为喷涂面积较小的基板，将这两种技术应用在大面积非晶涂层的制备上时，很难保证涂层具备较高的非晶相的含量，无法解决该问题。
技术实现要素：
1、要解决的问题
针对现有的超音速火焰喷涂技术在制备大面积非晶涂层时，涂层的非晶相含量和结合强度不高的问题，本发明提供一种非晶涂层的制备工艺，通过合理的工艺设计，能够在制备大面积非晶涂层时，有效地增加涂层的非晶相含量和结合强度，提高涂层的综合性能。
本发明还提供一种非晶涂层和具有该涂层的基体，采用上述制备工艺在基体上制备大面积非晶涂层，制备的涂层的非晶相含量高，与基体的结合强度高，涂层的综合性能较佳，对基体起到保护作用。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种非晶涂层，所述涂层的化学成分及其质量百分比为：ni：40-60％；zr：20-40％；nb：2-15％；si：1-8％。
一种具有非晶涂层的基体，包括基体和基体表面覆盖的非晶涂层，所述的非晶涂层为上述一种非晶涂层；所述基体和非晶涂层之间设有一层金属中间层。
作为技术方案的进一步改进，所述金属中间层的化学成分及其质量百分比为：cr：20-40％；ni：60-80％。
作为技术方案的进一步改进，所述非晶涂层通过超音速火焰喷涂工艺制备。
一种上述具有非晶涂层的基体的制备工艺，包括如下步骤：
一、准备基体，对基体依次进行清洗和粗化处理；
二、称取中间层用金属粉末和涂层用金属粉末，分别对两组金属粉末单独进行机械混合，混合均匀后，采用气体雾化法对粉末进行处理，接着依次进行干燥、造粒和筛选处理；
三、采用处理好的中间层用金属粉末，通过超音速火焰喷涂设备在基体表面喷涂一层金属中间层；
四、采用处理好的涂层用合金粉末，通过超音速火焰喷涂设备在中间层上喷涂非晶涂层，所述非晶涂层为权利要求1所述的一种非晶涂层。
作为技术方案的进一步改进，所述步骤四制备的非晶涂层的非晶相比例不低于90％。
作为技术方案的进一步改进，所述步骤三和步骤四中，采用氧气、丙烷和空气作为喷涂设备使用的燃气，其中，氧气压力为0.5-1.0mpa，丙烷压力为0.6-0.8mpa，空气压力为0.5-1.0mpa，氧气流量为400-600l/min，丙烷流量为30-50l/min，空气流量为200-400l/min。
作为技术方案的进一步改进，所述步骤三和步骤四中，喷涂距离为200-250mm，送粉速度为20-40g/min，喷枪移动速度为400-520mm/s，喷涂温度为2900-3100℃。
作为技术方案的进一步改进，所述步骤二中，中间层用金属粉末的组分及其质量百分比为：cr：20-40％；ni：60-80％，涂层用金属粉末的组分及其质量百分比为：ni：40-60％；zr：20-40％；nb：2-15％；si：1-8％。
作为技术方案的进一步改进，所述基体为铝合金。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明一种非晶涂层，通过合理的成分选取和配比，能够极大地提升最终形成的涂层的非晶含量，从而有效地提高了涂层的耐磨性、硬度等各项性能；
(2)本发明一种涂有非晶涂层的基体，采用超音速火焰喷涂工艺在基体上喷涂上述一种非晶涂层，涂层的耐磨性和硬度较佳，同时，在涂层和基体之间还喷涂有一层金属中间层，金属中间层能够使基体表面的粗糙度处于一个合适的范围，为ra2.5～13um，从而有效地提高基体与涂层之间的结合力，尤其在喷涂大面积非晶涂层时，金属中间层能够很好地保证涂层和基体的结合强度，为制备大面积非晶涂层提供良好的喷涂条件；
(3)本发明一种具有非晶涂层的基体的制备工艺，采用超音速喷涂工艺进行大面积非晶涂层的制备，通过对涂层制备的化学组分和比例进行合理的设计，提高了涂层的非晶相含量，通过在基体上喷涂合理比例的ni-cr金属中间层，能够提高基体和涂层之间的结合强度，二者相结合，再配合独特的喷涂工艺参数，从而完成大面积非晶涂层的制备，涂层的非晶相含量高于90％，耐磨性和硬度均较佳。
具体实施方式
非晶合金因为其独特的微观结构，具有高强度、良好的韧性和较高的耐磨性，且其整体的化学成分较为均匀。因此，现有技术会将非晶合金在工件表面制备成涂层的形式，从而在工件表面形成高硬度和高耐磨性的氧化膜，使工件具备优异的防腐蚀性能。在制备非晶涂层时，鉴于其涂层的优异性能主要来源于非晶相的特殊结构，因此非晶相的含量增加能够有效地提高非晶涂层的组织性能。现有的喷涂工艺中，超音速火焰喷涂技术因为其自身较高的焰流速度和相对较低的焰流温度能够抑制涂层的氧化，将其用于制备非晶涂层时，制得的涂层非晶相含量高，因此，现有技术经常会采用该工艺进行非晶涂层的制备。
但是，现有的超音速火焰喷涂技术在制备非晶涂层时，通常是在喷涂面积较小的基体上进行制备，其在喷涂时，由于喷涂面积较小，喷涂时间较短，涂层与基体的结合较为容易，因此可以在保证结合强度的同时使涂层的非晶相含量处于较高的状态。但是，当需要在喷涂面积较大的基体上进行涂层制备时，由于喷涂面积较大，为了保证涂层的整体厚度均匀，喷枪需要来回移动对基体进行喷涂，这就导致喷涂时间较长，基体和涂层之间的结合难度增加。发明人在实验时发现，使用现有的超音速火焰喷涂工艺进行制备时，在保证涂层可以很好地与基体结合并成型的情况下，形成的涂层的非晶相含量相对较低，尤其是对于镍基涂层，非晶相含量一般处于80％以下，这是因为相比较于铁基涂层，镍基涂层在制备过程中的金属晶粒细化难度大，因此很难制备出高含量的非晶镍基涂层。因此，为了提高成型的涂层非晶相含量，需要对涂层的化学成分和处理工艺进行调整，采用非晶形成能力较高的金属粉末作为喷涂原料，但是，在这种情况下，采用常规的工艺又很难使调整后的金属粉末在基体上制备成型，涂层与基体的结合强度明显下降，导致形成的涂层的组织性能达不到理想预期，且基体中的金属元素在喷涂过程中会因高温扩散至涂层中，进一步影响涂层的各项性能。综上所述，目前，现有技术很难在基体上进行大面积高非晶含量涂层的制备。
本发明的一种具有非晶涂层的基体的制备工艺，针对上述问题，提供了解决措施，具体步骤如下：
一、准备基体，对基体依次进行清洗和粗化处理。具体的，基体为各种金属基体如不锈钢、铝合金等，本发明以铝合金为例进行实验，但并不代表该基体仅限于铝合金，为了方便实验，基体取喷涂面积较大的板状或块状基体。
清洗过程为：首先用清水将基体表面的污渍洗去，对基体进行初步清洗，然后采用酒精为清洗液，将基体放入超声波清洗器中进行深度清洗，时间为20min，保证基体表面的清洁度。
粗化过程为：首先将清洗干净后的基体表面吹干，然后采用al2o3粉末对其表面进行喷砂，增大基体表面的粗糙度。
二、称取中间层用金属粉末和涂层用金属粉末，将两组金属粉末分别单独放入球磨机中进行机械混合，混合时间为6-10小时，混合均匀后，采用气体雾化法对粉末进行处理，提高金属粉末的非晶形成能力，接着利用离心喷雾干燥机对处理后的金属粉末进行干燥和造粒工作，造粒后的金属粉末通过振动筛进行筛选，筛选出粒径为300目左右的粉末作为喷涂原料使用。其中，中间层用金属粉末的组分及其质量百分比为：cr：20-40％；ni：60-80％；涂层用金属粉末的组分及其质量百分比为：ni：40-60％；zr：20-40％；nb：2-15％；si：1-8％。
三、采用处理好的中间层用金属粉末，通过超音速火焰喷涂设备在基体表面喷涂一层金属中间层，金属中间层为单层涂层，厚度为0.08-0.12mm，金属中间层的化学成分及其质量百分比为：cr：20-40％；ni：60-80％。
在对基体进行粗化时，基体的表面粗糙度不易很好地控制在适合喷涂涂层的范围，过高或过低都会影响后续非晶涂层的制备。而通过在基体表面喷涂一层金属中间层并控制喷涂中间层的原料和喷涂工艺参数，能够很好地控制中间层表面的粗糙度至ra2.5～13um，提高后续涂层在喷涂时的结合强度，避免产生非晶态粉末所形成的空隙，使得涂层致密度高，孔隙率低，得到结构致密的复合涂层。
化学成分上采用ni-cr合金粉末作为喷涂材料，一方面与铝合金基体的相容性较佳，可以很好地黏附在基体表面，另一方面cr可以在高温下溶解于ni从而形成固溶体，增加镍基合金涂层与基体之间的结合强度。
另外，发明人实验得出，当cr的比例处于20-40％的范围内时，其能够在金属中间层表面形成粘附性很好又致密的cr3o2，其粘附性较好且分布均匀，能在高温环境下保持稳定的组织状态，从而为后续镍基涂层的喷涂结合提供帮助。且其可以阻止基体中的合金元素向外扩散，避免基体内的合金元素进入涂层，造成涂层的非晶相含量降低，还能阻止空气中的氧元素向基体内部扩散，对基体起到良好的保护作用。其中，20％是cr的最佳比例，此比例下形成的cr3o2的效果最佳。
四、采用处理好的涂层用合金粉末，通过超音速火焰喷涂设备在中间层上来回喷涂，形成10层镍基非晶涂层，总厚度为0.2～0.3mm，非晶涂层的化学成分及其质量百分比为：ni：40-60％；zr：20-40％；nb：2-15％；si：1-8％。
在用于喷涂该镍基非晶涂层的金属粉末原料的组成中，ni元素本身即具有很明显的非晶形成能力；zr则具有能够与ni联合促进玻璃态转变，从而形成非晶合金的能力；类金属元素si具有脱氧和固溶强化的作用，从而提高涂层的组织性能，且其能够提高涂层的抗腐蚀和抗氧化性；nb的加入则使原子大小的变化更为连续，非晶相的堆积密度进一步提高，使涂层具有较好的力学性能，热稳定性随之增强。其中，各个元素的比例是发明人经过大量实验所得出的最佳范围值，配合相应的喷涂工艺参数和中间金属层的作用，能够使非晶涂层很好地结合在基体上的同时，保证非晶相的含量高于90％，从而得到高硬度、高耐磨性喝化学成分均匀的涂层。
制备金属中间层和非晶涂层的喷涂工艺参数基本一致，采用氧气、丙烷和空气作为喷涂设备使用的燃气，其中，氧气压力为0.5-1.0mpa，丙烷压力为0.6-0.8mpa，空气压力为0.5-1.0mpa，氧气流量为400-600l/min，丙烷流量为30-50l/min，空气流量为200-400l/min。喷枪距离喷涂面的喷涂距离为200-250mm，送粉速度为20-40g/min，喷枪来回移动的速度为400-520mm/s，喷涂温度为2900-3100℃。
通过上述步骤制得的大面积非晶涂层非晶相含量基本全部高于90％，涂层的结合强度大于50mpa，硬度大于200hv，孔隙率小于等于1％，使用效果极佳。
综上所述，通过对制备涂层的金属粉末的成分及比例进行合理的设计并对其进行相应的预处理，能够有效地提高最终形成的大面积非晶涂层的非晶相含量。通过制备独特的金属中间层，能够提高涂层与基体之间的结合强度，并分别对基体和涂层起到保护作用。上述两者配合工作，再通过合理的喷涂工艺参数的设定，能够得到结合强度高和力学性能优异的大面积非晶涂层以及具有该涂层的基体，使用效果极佳。涂层的化学成分及其质量百分比为：ni：40-60％；zr：20-40％；nb：2-15％；si：1-8％，其具体的质量百分比的数值由制备涂层时称取的金属粉末的组分及质量百分比来决定，一般来说，制备的涂层的化学成分及其质量百分比与制备涂层时称取的金属粉末的组分及质量百分比保持一致。
下面给出具体的实施例数据。
实施例1
基体为铝合金，中间层用金属粉末的组分及其质量百分比为：cr：30％；ni：70％，涂层用金属粉末的组分及其质量百分比为：ni：52％；zr：37％；nb：8％；si：3％。
氧气压力0.8mpa，丙烷压力0.7mpa，空气压力0.7mpa，氧气流量500l/min，丙烷流量42l/min，空气流量375l/min，喷涂距离210mm，送粉速度24g/min，喷枪移动速度：500mm/s喷涂温度3000℃。
在该实验条件下进行多组实验，最终得到的大面积非晶涂层的平均非晶相含量为95.3％，硬度为552hv。
实施例2
基体为铝合金，中间层用金属粉末的组分及其质量百分比为：cr：20％；ni：80％，涂层用金属粉末的组分及其质量百分比为：ni：60％；zr：20％；nb：15％；si：5％。
氧气压力0.5mpa，丙烷压力0.8mpa，空气压力1.0mpa，氧气流量400l/min，丙烷流量50l/min，空气流量400l/min，喷涂距离250mm，送粉速度40g/min，喷枪移动速度：520mm/s喷涂温度3000℃。
在该实验条件下进行多组实验，最终得到的大面积非晶涂层的平均非晶相含量为92.4％，硬度为531hv。
实施例3
基体为铝合金，中间层用金属粉末的组分及其质量百分比为：cr：40％；ni：60％，涂层用金属粉末的组分及其质量百分比为：ni：45％；zr：40％；nb：7％；si：8％。
氧气压力1.0mpa，丙烷压力0.6mpa，空气压力0.5mpa，氧气流量600l/min，丙烷流量30l/min，空气流量200l/min，喷涂距离200mm，送粉速度20g/min，喷枪移动速度：470mm/s喷涂温度3000℃。
在该实验条件下进行多组实验，最终得到的大面积非晶涂层的平均非晶相含量为90.4％，硬度为476hv。
实施例4
基体为铝合金，中间层用金属粉末的组分及其质量百分比为：cr：20％；ni：90％，涂层用金属粉末的组分及其质量百分比为：ni：56％；zr：37％；nb：2％；si：5％。
氧气压力0.8mpa，丙烷压力0.8mpa，空气压力0.8mpa，氧气流量400l/min，丙烷流量35l/min，空气流量200l/min，喷涂距离220mm，送粉速度27g/min，喷枪移动速度：400mm/s喷涂温度2900℃。
在该实验条件下进行多组实验，最终得到的大面积非晶涂层的平均非晶相含量为91.2％，硬度为506hv。
实施例5
基体为铝合金，中间层用金属粉末的组分及其质量百分比为：cr：20％；ni：90％，涂层用金属粉末的组分及其质量百分比为：ni：52％；zr：37％；nb：10％；si：1％。
氧气压力0.8mpa，丙烷压力0.7mpa，空气压力0.9mpa，氧气流量530l/min，丙烷流量49l/min，空气流量360l/min，喷涂距离250mm，送粉速度37g/min，喷枪移动速度：520mm/s喷涂温度3100℃。
在该实验条件下进行多组实验，最终得到的大面积非晶涂层的平均非晶相含量为92.4％，硬度为504hv。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。